摘要：数字样机的问世在几何属性和功能特性方面取代了传统的物理样机,有效减少了产品在试制环节不必要的重复试验,从而降低了生产成本,显著减少了时间投入,并提高了产品质量。本文简要介绍了数字样机的概念、国内外数字样机研究现状及数字样机发展的1.0和2.0特性,从产品的全生命周期角度分析了数字样机各个阶段的应用,重点介绍了数字样机在产品设计阶段及使用维护阶段的关键作用,最后阐述了当前数字样机技术发展面临的挑战及未来发展前景。本文的论述为数字样机的设计人员提供了参考。

摘要：活动发射平台是大型机电宇航设备,承担着大型运载火箭的安装、测试、转运、加注和发射的任务。针对活动发射平台设计、制造及运行工况的复杂性,基于数字样机技术总结一套技术状态可控的数字化模装、仿真驱动的可视化验证、工艺规划的可视化展示等方法,解决了大型结构设计、复杂系统接口匹配、功能及性能指标验证、大型件生产工艺规划等问题。该方法已经应用在活动发射平台研制阶段,验证了方案合理性、功能实现性、性能满足性和产品制造性等,保证活动发射平台按照预期设计制造完成,已投入实际使用。

摘要：针对复杂机械产品研发过程中几何数字样机与性能数字样机模型转换时信息丢失的问题,构建了数字样机的模型驱动体系架构,并通过解析STEP文件的组成要素,建立了基于数字样机的平台无关模型(platform independent model,PIM);提出了基于模型驱动的PIM到UG软件、到Adams软件、到Abaqus软件的平台相关模型(platform specific model,PSM)的转换方法;基于异构软件接口和脚本语言,开发了上述3个平台的模型驱动模块,并进行了实例验证。结果表明,应用模型驱动技术可实现机械数字样机专用软件之间模型信息的共享,所开发的模型驱动模块能够快速进行仿真分析并及时输出结果。

摘要：针对枪械传统设计过程中指标验证过度依赖实物试验的问题,提出了枪械数字样机构建方法;根据典型枪械工作特点和性能指标,基于三维模型的几何样机,结合相关仿真分析软件,建立了面向枪械多项功能性能的仿真模型,分析了疲劳寿命、射击精度、终点威力、人机工效等内容,得到了具体的参数值;结果表明:枪械数字样机能够从结构合理性、原理可行性、指标可达性、措施有效性4个维度进行仿真分析,在计算机上实现了对物理样机功能和性能的分析和评价,为枪械的结构改进和性能优化提供了数字化手段,能够有效减少样机研制过程中的加工和试验轮次,支撑枪械设计效率和水平的提升。

摘要：为有效提高自动化生产线研发和调试的效率,以电机换向器生产线刷钩台为应用案例,提出了一种基于数字样机技术的自动化生产线虚拟调试调试和性能验证方法。在Process Simulate中进行刷钩台模型智能组件的逻辑化处理,在TIA Portal中开发PLC程序和系统可视化界面实现对刷钩台模型的控制。通过实验提取主要驱动部件运行特性,对相应动作的PLC控制程序段进行修改。在虚拟调试中,刷钩台数字样机模型在PLC程序的驱动下有序执行动作并实现设计功能,数字样机的设计PLC时序和实际PLC时序在合适的范围内,验证了基于数字样机的自动化生产线虚拟调试与性能验证方法的有效性。

摘要：针对飞控系统设计面临的各种问题,研究了一种基于图形化建模语言、支持模型驱动开发的飞控系统数字样机设计技术。基于Rhapsody,STATEMATE,Simulink等搭建了用于飞控系统数字样机设计的支撑平台,研究了基于支撑平台的飞控系统数字样机设计流程及数字样机的四个不同侧面;以一小型无人机飞控系统为例,详细介绍了其数字样机设计,并进行了两个层次的检查和仿真验证。设计实践表明该方法能有效缩短设计时间,提高设计质量,支持后期软件的模型驱动开发,适用于各类飞行器控制系统数字样机的设计。

摘要：为了适应各自应用环境与性能要求,各种导弹越来越向着功能多样化、结构复杂化、模块集成化的方向发展,使导弹物理样机的各种研制成本大大增加;由于目前国际局势复杂且不稳定,对导弹的产品设计、生产与维护提出了更高的要求;在此背景下,通过数字样机取代物理样机是适应未来发展的方向;首先,对数字样机的概念进行了论述,总结了数字样机特点及其分类;随后,介绍了国内外导弹设计生产过程中对数字样机应用的发展现状;针对各种导弹对数字样机的需求与实现途径,阐述了构建数字样机的关键技术;最后,根据对导弹装备全寿命周期要求以及管理规范化的分析,对数字样机的发展趋势进行了展望。

摘要：液压挖掘机是典型的多执行器工程装备,其特点是执行器惯性大和单泵驱多执行器,工作过程中负载大范围变化,在设计中难以充分了解整机工作特性,导致系统设计效率低、系统运行特性差等问题。采用数字化样机设计方法可以有效提高系统设计效率,但目前传统一维仿真设计方法不能实时计算作用在各执行器上的等效质量与时变转动惯量,难以将作用在铲斗上的载荷实时分配到各液压缸上,存在负载工况模拟不准确和动态特性失真的问题。针对上述问题,提出采用基于元件试验或真实物理结构的数字样机设计方法,实现液压挖掘机整机机、电、液、控制系统及载荷的实时信息交换和协同计算,在6 t数字样机成熟技术基础上,拓展研发20 t、76 t、260 t、390 t挖掘机数字样机平台,并成功开发6 t挖掘机进出口独立控制系统、76 t高能效液压挖掘机和国内首台260 t和390 t超大型挖掘机,对科研及生产具有重要的指导意义。

摘要：为了准确地从复杂产品结构树上搜索大规模数字样机中特定空间区域的数字模型,开展关联设计和数字样机检查工作,避免复杂产品研制对高性能计算机的严重依赖,提出了产品数字样机区域划分方法。首先给出了数字样机区域层次树,然后设计了基于构建、更新和搜索AABB层次树的数字样机空间区域自动计算与搜索算法,最后将研究成果应用于某民用型机的研制。应用表明该方法大大提高了区域数字样机模型的加载效率,缩短了数字样机的关联设计和协调周期。

摘要：为了提高产品仿真建模的效率并增强仿真模型的可重用性,提出了一种机械产品虚拟样机运动模型的构建方法。利用仿真组件表达产品机构的设计知识,描述了机构中与运动学相关的各种信息。建立了关键设计参数与产品CAD模型设计信息之间的相互映射关系,通过修改关键参数实现快速重用机构的运动仿真模型。采用数值算法对模型进行分析求解,获得产品机构中各零部件的各种运动行为数据,并在虚拟环境中进行了运动仿真展示其运动学行为。该方法在虚拟环境下机械产品性能评测中得到应用,并利用某型号汽车的转向和悬架系统进行了验证。通过仿真实例表明,该方法具有较好的实用性和扩展性。